基于舵機的機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試畢業(yè)論文(參考版)
2025-06-30 20:34本頁面
【正文】 未來更需要像六足機器人一樣的機器人幫助我們的科技發(fā)展、探索和研究。通過對制作完成后的六足機器人的運動測試，它展現(xiàn)出了通過不平道路時的穩(wěn)定性、方向移動的空間大和通過窄矮地方靈活性的這些特點。它的適應的能力強、控制方便、運動的穩(wěn)定性強等的優(yōu)點，正在幫助我們完成一項項人類無法完成的工作。本設(shè)計軟件主要包括初始化、紅外遙控選擇程序、 外部中斷程序、定時器中斷程序、18路舵機調(diào)速程序、18路舵機控制程序、動作編碼程序等，具體的流程圖如圖12所示：圖12 軟件流程圖第6章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 六足機器人利用SolidWorks建模軟件，對機體進行裝配設(shè)計。我們知道數(shù)字電路的抗噪聲能力要比模擬電路的抗噪聲能力要強，所以從第一點我們就可得出PWM脈沖寬度調(diào)制的抗干擾能力強。從內(nèi)部控制器到控制信號的輸出，均為數(shù)字形式，沒有任何的模擬電路，更不存在模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換。按照不同的規(guī)則調(diào)制各脈沖的寬度，則該電路中電壓和頻率均會發(fā)生改變。根據(jù)正弦波在某一時刻電壓值，決定該處的脈沖的等值電壓。 PWM脈沖寬度調(diào)制基本原理 PWM脈沖寬度調(diào)制的實現(xiàn)實際上是通過控制內(nèi)部逆變電器開關(guān)的通斷，輸出多個高度相等的脈沖，這些脈沖的寬度各異?，F(xiàn)如今很多單片機上的內(nèi)部集成了PWM模塊，所以通過軟件的相關(guān)配置，就可以輸出寬度不同的脈沖，適用于不同的硬件電路中。MISO為主輸入從輸出，SCK為同步時鐘，MOS為主輸出從輸入，ISP程序下載接口電路如圖8所示：圖8 ISP程序下載接口電路 各類傳感器接口 系統(tǒng)各類傳感器接口電路圖，各類傳感器接口如圖9所示：圖9 各類傳感器接口 電源指示燈 系統(tǒng)電源指示燈電路圖，電源指示燈電路如圖10所示：圖10 電源指示燈電路 18路舵機接口 系統(tǒng)18路舵機接口電路圖，18路舵機接口電路如圖11所示。單片機自動復位電路如圖7所示：圖7 單片機復位電路 ISP程序下載電路 ISP接口可將其它電路直接操作單片機的幾根專用的端口完成燒錄，屬于硬件燒錄模式。 六足機器人的復位電路功能：當按下復位鍵S1后，單片機的RESET引腳與地相連，電位被拉低，所以單片機執(zhí)行復位。下文將一一論述其功能。這些特點讓我們在硬件設(shè)計中留有更大的封裝空間，使本次設(shè)計的安裝難度降低。（e） LMZ12010擁有短路保護、熱關(guān)斷、輸出過電壓保護、輸出電流限制、輸入欠壓鎖定和允許預偏置電壓輸出啟動等保護功能。它提高了散熱性能，還可機器或手工進行焊接。（b） LMZ12010電源驅(qū)動負載的電流可高達10A。在這次六足機器人設(shè)計中，我們選用型號LMZ12010的大功率集成穩(wěn)壓芯片。但是舵機的工作扭矩和工作電壓成正比，舵機承受負載的能力也下降了。但是由于整流橋?qū)〞r，會有兩個二極管正向的導通，[11]。所選用的航模鋰電池。本次設(shè)計可能需要最大9A的輸出電流，這樣就需要使用幾個穩(wěn)壓芯片來滿足需要，使穩(wěn)壓電路變的復雜化，不利于設(shè)計。 六足機器人的穩(wěn)壓要滿足穩(wěn)壓電路簡單、電壓穩(wěn)定和工作電流簡單等特點，針對以上所述情況，我做了如下論證。相比較航模鋰電池的成本也要低。 本次設(shè)計六組機器人負載的移動電源選用航模鋰電池。（e）航模電池具有安全可靠、高倍率等特點。它擁有能量高、輕量化和小型化的特性。（b）航模電池的型號多樣，可根據(jù)要求選擇所需型號。航模材料電池又可稱作鋰聚合物電。大功率開關(guān)電源能夠滿足舵機功率的需求，但其電源要用外接導線使機器人系統(tǒng)和電源相連。所以普通鋰電池不適用六足機器人的應用。如果需要輸出9A的電流，那么就需要增加多節(jié)電池。但是普通樣式的充電鋰電池也有它的缺點，例如一些鎳氫、鎳鎘材料的電池擁有記憶特性，長時間應用可能使電池提前失去效率，引起不便。普通樣式的充電鋰電池最大的優(yōu)點是循環(huán)使用的壽命長，還有些充電電池的負荷能力比一次性樣式的電池要高。第4章 硬件電路設(shè)計 對于本設(shè)計來說電源的選型是重中之重既要滿足六足機器人的體積小、安裝方便的特點，又要滿足續(xù)航能力強的特點，同時還要盡量做到成本低，所以針對以上特點，對于電源，我給出了3種電源的論證。當需要調(diào)節(jié)舵機的速度時，一次的預期PWM值會使舵機轉(zhuǎn)動n次,所需要的時間是20*n ms，根據(jù)調(diào)節(jié)的預期的PWM值來調(diào)節(jié)速度。第二種調(diào)速控制算法：脈沖細分法 本次設(shè)計的調(diào)速控制應用脈沖細分法。通過上述方法，在規(guī)定的延時時間內(nèi)能夠后實現(xiàn)舵機的角度保持不變。18路舵機調(diào)速控制算法六足機器人18路舵機調(diào)速控制算法可用軟件延時法或脈沖細分法，下面將一一論述。由于舵機的運行并不是分離的，另外的兩個舵機需要和其余16個舵機捆綁使用[10]。通過ATmega單片機內(nèi)部的兩個定時器來定時中斷，從而控制電路中的18路舵機。第二種控制算法：多個定時器中斷法。定時器第四次進中斷時，[2]的值,并將PWM[2]所對應的引腳的狀態(tài)改變成“0”。定時器第二次進中斷時，寄存器內(nèi)部存放的數(shù)值為DPWM[1],并將PWM[0]所對應的引腳的狀態(tài)改變成“0”。定義數(shù)組PWM[3]，用于放置所需的PWM值，并對這3個數(shù)字按從小到大的順序。我們將其平均分成8部分，每部分時間內(nèi)控制3個舵機運行。第一種控制算法：單個定時器中斷法。通過這八部運動，完成一個周期運動過程。第七步：1腿，3腿，5腿抬起；第五步：2腿，4,腿，6腿前移；1腿，3腿，5腿歸位；第三步：1腿，3腿，5腿放下；第一步：1腿，3腿，5腿抬起； 根據(jù)上述螞蟻步態(tài)運動原理，我們將此三角步態(tài)法運用到六足機器人中。 螞蟻的三角步態(tài)運動圖如圖4所示：圖4 螞蟻的三角步態(tài)運動圖 螞蟻的腿在開始行走時，首先抬起來的是左側(cè)的3號腿和右側(cè)的6號腿，然后向前擺動，同時左側(cè)5號腿和右側(cè)4號腿起支撐狀態(tài)，將本身重心的位置處到這3條腿
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